高铁长大桥上不同无砟轨道无缝线路受力研究

研究目的:为对比桥上铺设不同无砟轨道时对应无缝线路受力规律,本文基于有限元方法及梁轨相互作用原理,分别建立大跨度桥上纵连板式、单元板式及双块式无砟轨道有限元模型,分析实测温度工况及制挠力耦合作用下,不同无砟轨道对应的无缝线路受力规律及桥梁理论最大温度跨度,并比较制动墩墩顶刚度、扣件阻力等参数对无缝线路受力及最大温度跨度的影响。研究结论:(1)相同桥梁温度跨度下,双块式无砟轨道钢轨附加应力最大,纵连板式无砟轨道钢轨附加应力最小,且纵连板式无砟轨道钢轨附加应力远小于铺设单元板式或双块式无砟轨道时对应钢轨附加应力;(2)采用常阻力扣件时,当制动墩墩顶刚度由1 500 k N/cm增大到8 000 k N/cm时,单元板式无砟轨道最大温度跨度由93.3 m增大到105 m,双块式无砟轨道最大温度跨度由60 m增大到75.8 m,而纵连板式无砟轨道钢轨附加应力受墩顶刚度的影响很小;(3)纵连板式无砟轨道对应桥梁最大温度跨度需同时考虑钢轨附加应力及墩顶纵向位移限值;(4)扣件阻力大小对单元板式及双块式无砟轨道钢轨附加应力影响较大,采用小阻力扣件后,两者对应最大温度跨度分别增大约1.5、2.0倍,小阻力扣件可以有效的减小单元板式及双块式无砟轨道钢轨附加应力;(5)本研究成果可为不同无砟轨道应用及对应桥梁跨度设计提供参考。     

桥梁温度跨度对双块式无砟轨道无缝线路的影响研究

为研究桥梁温度跨度对桥上双块式无砟轨道无缝线路的影响,运用线板桥墩一体化模型,计算不同温度跨度下,分别采用常阻力和小阻力扣件时的钢轨纵向力、道床板纵向力、抗剪凸台纵向力、梁轨相对位移以及钢轨断缝,分析桥梁温度跨度对轨道结构强度与变形的影响。结果表明:(1)随着桥梁温度跨度的增加,钢轨伸缩、挠曲、制动附加力和梁轨相对位移均增大;道床板、抗剪凸台纵向力和钢轨断缝保持不变。(2)扣件阻力减小时,轨道结构纵向力均减小;但梁轨相对位移和钢轨断缝增大。(3)为保证钢轨强度要求,当桥上铺设常阻力扣件时,桥梁温度跨度限值可取135m;当桥上铺设小阻力扣件时,桥梁温度跨度限值可取250m。     

高铁单元板式无砟轨道大跨梁端适应性对比

研究目的:为研究不同类型单元式无砟轨道无缝线路在大跨桥上的适应性,本文建立无缝线路-无砟轨道-桥梁空间耦合分析模型,对温度荷载作用下CRTSⅠ型和CRTSⅢ型板式无砟轨道各层纵向受力与变形、层间错动位移以及限位结构受力进行对比分析,并对运营过程中可能出现的扣件纵向阻力增加对两种无砟轨道在大跨桥上的适应性进行比较。研究结论:(1)两种无砟轨道无缝线路在连续梁端处受力与变形最大,但二者之间的差异较小;(2)扣件纵向阻力的增加将带来连续梁端位置处无缝线路受力增加,变形量减小;(3)CRTSⅢ型板式无砟轨道层间限位刚度大于CRTSⅠ型板式无砟轨道,因此扣件纵向阻力增加导致的CRTSⅠ型板式无砟轨道层间错动位移增加更加明显;(4)梁端限位结构在升降温过程中纵向受剪明显,其中CRTSⅠ型板式无砟轨道梁端半圆形凸台因单侧承力,纵向剪切效应更加显著,且随桥上扣件纵向阻力的增加而急速增加;(5)总体看来,两种无砟轨道的选用对大跨桥上无缝线路设计的影响基本无差异,但在轨道纵向几何形位保持以及大跨梁端限位结构受力方面,CRTSⅢ型板式无砟轨道表现出了较好的适应性;(6)本研究成果可为今后大跨度桥上板式无砟轨道的选型提供理论指导。     

桥上纵连板式无砟轨道无缝线路力学性能分析

基于有限元法,考虑钢轨、无砟道床、滑动层、桥梁等结构的相互作用关系,建立桥上纵连板式无砟轨道无缝线路纵-横-垂向空间耦合模型,进行滑动层摩擦系数、扣件纵向阻力、无砟道床伸缩刚度等对桥上纵连板式无砟轨道无缝线路的受力和变形影响规律的研究.结果表明:滑动层减弱了桥梁、轨道间的相互作用,当滑动层摩擦系数为0.1～0.5时,无缝线路伸缩力仅为22.821～55.361 kN,远小于一般桥上无缝线路结构;滑动层摩擦系数越小越有利于轨道和桥梁结构的安全使用;底座板/轨道板的伸缩刚度减小会明显增大部分轨道和桥梁的受力,伸缩刚度折减至10％时,伸缩力会增大近6倍,因此应该注意控制底座板和轨道板的开裂现象;扣件的纵向阻力变化对轨道和桥梁结构的受力和变形几乎没有影响,但为了防止钢轨爬行或断缝值超限,扣件阻力不宜太小.     

大跨桥上无缝线路CRTSⅢ板式无砟轨道适应性研究

为研究大跨桥上无缝线路CRTSⅢ板式无砟轨道的适应性,运用线板桥墩一体化计算模型,计算不同温度跨度下,分别采用常阻力和小阻力扣件时的钢轨纵向力、道床板纵向力及作用在桥墩上的断轨力,分析桥梁温度跨度对轨道结构受力的影响。     

简支梁桥上Ⅰ型板式无砟轨道挠曲受力与变形

研究目的:桥上无缝线路受力比较复杂,桥梁、轨道结构的受力变形成为广泛关注的问题。为研究列车荷载作用下桥上轨道结构的受力变形规律及影响因素,根据多跨简支梁桥上单元板式无砟轨道无缝线路的结构特点,基于有限元法建立多跨简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,计算列车荷载作用下桥上轨道结构的挠曲力与位移,并分析扣件纵向阻力、墩台顶固定支座纵向水平线刚度以及桥梁跨数等因素对挠曲受力与变形的影响规律。研究结论:(1)在列车荷载作用下,钢轨挠曲拉力及压力最大值分别出现在左侧桥台固定端与最后一跨跨中位置,钢轨位移呈先增后减的趋势,并在两侧路基段逐渐减小至零;(2)采用小阻力扣件可明显降低钢轨及轨道结构的受力,但同时会增加轨板相对位移,需要重点关注钢轨在桥台处的爬行;(3)采用较大纵向水平线刚度的低墩桥对列车荷载作用下桥上轨道结构纵向位移而言是不利的;(4)随着桥梁跨数的增加,轨道结构的纵向力与位移也不断增大,在6跨之前增幅明显,6跨之后增幅明显放缓并逐渐趋于平稳;(5)本研究成果对桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的设计及结构安全性具有参考价值。     

无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度限值研究

研究目的:桥墩纵向刚度合理限值是铁路桥梁设计和轨道设计的关键参数,本文考虑桥上板式无砟轨道多层结构间的非线性相互作用关系,建立简支梁桥-无砟轨道-无缝线路空间耦合模型,分析桥墩纵向刚度对不同跨度简支梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力学特性的影响,提出不同跨度简支梁桥的桥墩纵向刚度合理限值。研究结论:(1)简支梁跨度L≤64 m时,桥墩纵向刚度的控制指标为梁轨相对位移值;跨度超过64 m后,钢轨强度成为桥墩纵向刚度的控制指标;(2)铺设常阻力扣件时,32 m、48 m、64 m、80 m和96 m简支梁桥墩纵向刚度限值分别为210 k N/cm、500 k N/cm、700 k N/cm、1 500 k N/cm和2 000 k N/cm;(3)综合考虑结构安全性和工程经济性,对于80 m和96 m简支梁桥,可通过全桥铺设小阻力扣件来大幅度降低桥墩纵向刚度;(4)本研究成果可用于指导无砟轨道简支梁桥的桥墩设计。     

简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道伸缩力影响因素分析

桥上无砟轨道受力比较复杂,桥上无砟轨道无缝线路的稳定性直接影响高速列车的行车平稳与安全。基于有限元法和梁轨相互作用理论,建立了6×32 m混凝土简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,研究温度荷载作用下钢轨、轨道板及底座板的受力变形特性,并对相关影响参数进行分析。结果表明:在温度荷载作用下,钢轨伸缩力的峰值出现在桥梁墩台及跨中,钢轨的纵向位移呈现先增后减的趋势,在中间两跨达到最大值,钢轨和轨道板的纵向伸缩趋势基本一致,表明扣件起到了很好的约束作用;桥上采用小阻力扣件可改善桥上无缝线路梁轨相互作用,但要充分考虑轨板相对位移不能过大,保证钢轨在桥台处的爬行能够得到有效控制;从减小桥上轨道结构伸缩力及纵向位移考虑,桥梁墩台固定端纵向刚度不宜过大。     

梁轨相互作用对过渡段道床板翘曲的影响

研究目的:为了明确梁轨纵向相互力学行为对无砟轨道路桥过渡段道床板翘曲的影响,建立路桥过渡段处双块式无砟轨道桥上无缝线路及道床板力学计算模型,研究桥梁及轨道结构约束作用、钢轨伸缩力、道床板温度梯度等对道床板翘曲变形的影响。研究结论:(1)考虑桥梁及轨道结构的约束作用时,道床板上拱量相对增大约28%,达到2.5 mm;考虑桥上无缝线路纵向附加力时,桥台附近的钢轨伸缩变形会降低道床板的上拱量约44%,降为1.4 mm,且随着钢轨伸缩力的增大,降低值越大;(2)正温度梯度作用下,道床板上拱量有所增加,增大约43%,达到2.1 mm,而负温度梯度作用下道床板上拱量有所减小,减小约14%;(3)桥梁升温幅度越大,道床板上拱量越小,且随着温度幅度的增加,降低趋势变缓;(4)对于大跨度桥梁梁缝处铺设伸缩调节器时,道床板上拱量较主桥铺设小阻力扣件工况增大约1.2倍,增大到7.8 mm;(5)该研究结论对无砟轨道路桥过渡段设计优化理论和工程实践具有一定指导意义。     

大跨度桥上铺设无砟轨道结构设计研究

首先对日本、德国、UIC及我国标准中对铺设无砟轨道大跨度桥梁刚度进行分析,然后对大跨度桥梁梁端道床板稳定性、扣件上拔力计算、大梁缝处轨道结构设计、钢轨伸缩调节器区无砟轨道结构设计等桥上无砟轨道的关键问题进行研究分析和探讨,并提出了结构设计方法,为我国大跨度桥上铺设无砟轨道结构设计提供设计参考。     

高速铁路长大桥梁CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道无缝线路影响因素分析

研究目的:当大跨度连续梁桥上铺设了CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构之后,其梁轨相互作用机理更加复杂,原有的计算方法、计算模型及设计参数可能不再适用。针对既有研究的不足,本文基于有限元方法建立纵横垂向空间耦合模型,对道床板和底座板年温差、扣件纵向阻力、橡胶垫板弹性模量和隔离层摩擦系数等设计因素的影响规律进行计算与分析,为高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路的设计参数的选择提供参考。研究结论:在进行设计与检算时,应根据不同地区的实际情况分别选取当地不同的年温差作为道床板和底座板的温差取值;通过在桥上采用小阻力扣件,可以明显降低钢轨最大纵向附加力及轨道结构的受力,但当扣件纵向阻力较小时,在长大桥梁的梁端处,扣件的爬行量较大,需要重点加以关注;在限位凹槽周围侧面应设置高弹橡胶垫板;道床板和底座板之间应尽量采用较小摩擦系数的隔离层。     

大跨梁、简支T梁铺设无碴轨道的可行性

研究目的:利用新北碚嘉陵江大桥作大跨度连续梁桥及简支T梁上铺设无碴轨道的研究,意在突破大跨度桥及简支T梁上铺设无碴轨道的瓶颈,这对我国客运专线无碴轨道铁路的发展将具有极其重要的意义。研究方法:采用理论与实桥试验研究相结合的方法。建立轨—板—桥—墩一体化空间计算模型,线路纵向考虑钢轨、轨道板和底座板、桥梁等的相互作用。施工时安放测试原件,测试验证理论计算参数。研究结果:通过对在建的遂渝线新北碚嘉陵江大桥(94 168 84)m预应力混凝土连续刚构及其引桥24 m、32 m简支T梁上铺设无碴轨道的可行性进行了研究,确定了连续刚构及简支T梁上的无碴轨道铺设方案。研究结论:通过研究认为,在主跨168 m的预应力混凝土连续刚构及其引桥24 m、32 m简支T梁上铺设无碴轨道是可行的,拓宽了无碴轨道的适用范围,为我国客运专线无碴轨道铁路的发展积累了新的理论成果。     

无砟轨道小阻力扣件钢轨纵向阻力测试方法研究

无砟轨道小阻力扣件钢轨纵向阻力既是轨道结构设计的重要参数,也是相关技术标准中一项必要的基础数据,需要采取科学准确的方法加以测定。通过对常用扣件钢轨纵向阻力测试方法的系统分析,提出以恒定位移速率方式施加拉力荷载作为测试无砟轨道小阻力扣件钢轨纵向阻力的改进方法,并通过具有代表性的WJ-8型和W300-1型无砟轨道小阻力扣件的测试验证,为《高速铁路扣件系统试验方法第1部分:钢轨纵向阻力的测定》等技术标准的编制提供支撑。     

长联大跨桥梁无缝线路力学特性与结构设计

随着桥梁跨度、联长的不断增加,复杂的梁轨相互作用给桥上无缝线路设计带来了巨大挑战。本文在总结桥上无缝线路计算理论和求解模型的基础上,以某长联大跨桥上无缝线路为例,对其力学特性和结构设计进行了系统研究。研究表明:(1)长联大跨桥上无缝线路纵向附加力较大,钢轨强度往往难以满足规范要求;(2)梁端设置伸缩调节器,可有效减小梁轨相互作用,放散钢轨纵向力;(3)梁端设置抬枕装置可有效缓解梁缝增大导致的轨道刚度不均匀问题,需与伸缩调节器配套使用;(4)长联大跨桥上轨道设置健康监测系统十分必要。     

简支梁桥上无缝道岔温度力与位移影响因素分析

将道岔、梁和墩台视为一个系统,建立简支梁桥上无缝道岔的有限元模型。根据变分原理和“对号入座”法则建立有限元方程组。以铺设一组43号道岔的18跨32 m混凝土简支梁桥为例,研究影响简支梁桥上无缝道岔受力与位移的因素,如支座布置形式、轨温变化幅度、梁温差、扣件阻力、道床阻力、限位器间隙、岔枕刚度、限位器位置、梁跨长度和桥墩刚度等。计算结果表明,简支梁桥上无缝道岔在温度荷载作用下,钢轨温度力在限位器处和限位器前梁端处同时出现两个峰值;与桥上无缝线路相比,桥上无缝道岔桥墩处的最大受力显著增大;当梁与导轨同向伸缩时,岔区内钢轨位移较大;限位器应布置在梁跨中部;限位器间隙对桥上无缝道岔的受力与位移有双重影响;岔区内钢轨的受力与位移随桥墩刚度增大而减小;岔区内采用较大的扣件阻力和道床阻力,岔区外采用较小的扣件阻力和道床阻力,可以降低钢轨附加温度力。     

大跨度混合梁斜拉桥上无砟轨道纵向力分析

以昌赣客运专线(35+40+60+300+60+40+35)m混合梁斜拉桥为例,建立了大跨度斜拉桥上无砟轨道精细化模型计算分析不同荷载作用下大跨度桥上无砟轨道纵向力。计算结果表明:在温度荷载作用下,钢轨纵向应力相对较大,最大拉应力为130.03 MPa,跨中轨道板纵向应力较小。在竖向荷载作用下,钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值出现在桥塔附近,压应力最大值出现在跨中附近,其中钢轨压应力最大值为15.02 MPa,底座板拉应力最大值为3.05 MPa。在列车制动作用下,钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值出现在跨中附近,压应力最大值出现在桥塔附近,轨道板和底座板纵向应力均较小。     

遂渝线无砟轨道动力学性能研究

研究目的：研究建立无砟轨道结构动力学性能评估的方法和手段。 研究方法：应用车辆-轨道耦合动力学理论，建立列车一无砟轨道空间耦合振动模型，从而导出弹性地基上轨道板的运动方程；应用开发的无砟轨道动力学仿真软件TRACKDYNA，系统地研究评估遂渝线综合试验段无砟轨道及其过渡段的动力学性能。 研究结果：快速客车、重载货车以及普通货车通过路基上板式轨道时，轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、CA砂浆动应力、路基面动应力等动力学指标均小于容许值。 研究结论：遂渝线无砟轨道结构动力学性能满足设计要求，过渡段结构设计方案是合理的；对于双块式轨道过渡段，适当降低2种轨道连接点处双块式轨道前几个扣结点的轨下胶垫刚度，可改善过渡段的动力学性能。     

高速铁路无砟轨道扣件设计要点

研究目的:扣件是轨道结构的重要组成部件,为保证行车绝对安全和旅客乘坐的舒适性,要求钢轨扣件具有足够的扣压力,良好的绝缘性能、较低的刚度;要求少维修、各节点刚度一致等,因此,扣件技术是无砟轨道结构关键技术,做好钢轨扣件设计,是高速铁路轨道设计的重点。研究结论:扣件不仅要有足够的强度和扣压力,还应具有良好的弹性和一定的调整能力等。扣件类型不同,使用范围也不同,设计中应根据扣件的性能参数、设计原则和上述选型设计要求,合理选用不同类型的扣件,才能充分发挥扣件的性能,达到经济合理、安全运营的目的。     

连续梁桥上无缝道岔温度力与变形影响因素分析

研究目的:桥上无缝道岔是跨区间无缝线路的一项关键技术。分析各种因素对道岔和桥梁的受力与变形的影响,总结出连续梁桥上无缝道岔受力与变形规律,是关系到客运专线运营安全的重要问题。研究方法:通过建立连续梁桥上无缝道岔的有限元计算模型,利用Ansys软件对连续梁桥上无缝道岔进行力学计算并作参数影响分析。研究结果:道岔布置位置和桥墩支座布置形式对系统受力和变形影响较大;增大岔区内道床纵向阻力和扣件纵向阻力,有利于控制道岔的位移;连续梁固定墩刚度增加能有效控制道岔各主要位移,同时能减小基本轨最大附加力;轨温变化幅度对系统受力和变形的影响非常显著。研究结论:道岔应避免布置在梁的端部并且尽量让道岔导轨与梁体反向伸缩;合理设计锁定轨温能有效地改善系统受力状况。